已知传统的电动扬声器连同许多优点具有明显的缺点，例如，保真度的一定限制。 为了达到高音质指标，传统扬声器的机电原理需要大量技巧，严重限制了开发人员的能力，导致可观的成本，并因此增加了成本。 另外，已知用于扬声器膜片的传统材料在最低的失真水平上具有“天花板”，足够大，并且永磁体会带来额外的失真。
在以前的文章中，我们已经介绍了几种著名的扬声器替代品，例如静电，等/正交动力发射器和电离机。 在本材料中，我们将讨论也许是我们所熟悉的通常的动态驱动器的最新技术和最原始的替代方法-基于纳米管创建的发射器。
关于纳米管的一些知识
碳纳米管是以石墨烯空心圆柱结构的形式对碳进行同素异形改性，其直径为十分之一到几纳米。 简而言之，这是一个巨大的分子，由数百万个碳原子组成，位于规则六边形形状的结构元素的顶部。
作为材料，碳纳米管具有极高的强度密度比。 管的强度系数为1至100 GPa（钢的强度系数为500-3000 MPa），而材料的密度略高于水的密度-1.35 g / cu。 目前，来自纳米管的纤维是已知的最薄的纤维，该纤维的厚度比人发的平均厚度小30,000倍。 纳米管的另一个重要特征（特别是用于声学用途）是在交流电和低热容的影响下迅速加热。
由于其性质，纳米管已在许多领域中得到实际应用。 我只给出一小部分：重型线，纳米线，气体检测传感器，一般医学，尤其是外科手术，能量发生器和引擎，人造肌肉，电流源以及许多其他东西。 与纳米管有关的最雄心勃勃的项目之一是用于太空电梯的电缆。 尽管在许多出版物中，考虑到在制造纤维时强度的显着损失，它们的使用受到质疑。
与太空电梯不同，毫无疑问，使用纳米管创建高保真声发射器的有效性。 已经为实验目的创建了这种扬声器的原型。 但是效率是一回事，而批量生产则是另一回事。
利用纳米管的声学特性的关键时刻是1991年，当时从中创造出了几种类型（单层和多层）的透明碳膜。
具有纳米管膜的热声发射器
应当指出，偶然发现了碳纳米管的声学特性。 使用相对较新的材料进行的大量实验得出的结论是，纳米管片能够在交流电的影响下发出声波。
2008年，以江凯丽为首的中国研究人员提请注意以下事实：在交流电的影响下，一片纳米管会发出声音。 之后，他们施加了调制的音乐信号，并意识到该薄片能够再现声音。 通过将激光振动计（Polytech PSV 300-F）发送到薄板，科学家惊讶于用作散热器的薄膜没有移动。 后来，有可能发现声音是由于纸张的快速加热而产生的，即 热声过程。
有趣的是，自19世纪末以来，就已经知道了热声效应现象本身。 它的第一个详细描述是由美国科学家HD Arnold和IB Crandall在1917年7月1日发表的文章“ The Thermophone作为精确的声音来源”中做出的。 那时，没有任何材料可以在实践中以任何方式使用热声原理。
Kylie Jiang的团队研究结果发表在Nano Letters的柔性，可拉伸，透明碳纳米管薄膜扬声器中。 在文章中，科学家描述了使用热声效应成功地从麦克风再现音乐信号和声音的设备。
当以12 W（8欧姆）的标称功率提供信号时，最高纸张温度为80摄氏度。 根据Kylie Jiang的说法，可以创建温度较低的类似扬声器，但这并未作为实验的一部分。 同时，发射器具有许多独特的特征。
照片2测试CNT薄膜扬声器的声学性能。 （a）实验装置的示意图。 （b）扬声器和麦克风之间的距离为5厘米时，单层（红色）和四层（蓝色）CNT扬声器的声压级（以dB为单位）和总谐波失真。 单层和四层扬声器的输入功率分别为3 W和12W。 ©四层CNT扬声器产生的声压，取决于输入功率，呈线性关系。 黑色方块代表实验结果，红色线代表合适的结果。 （d）CNT四层薄膜扬声器的输入电压和从麦克风输出的声压的实时信号，表明声压频率是输入电压频率的两倍。 （C）纳米字母
在描述的实验过程中，据记录，发射器使您能够产生足以在现代便携式和固定式声学设备中使用的频率范围和声压级（SPL）的声音。 此外，该原型的谐波失真（THD）极低。
热声薄膜扬声器的理论和实验数据。 （a）与热声薄膜扬声器操作员相比，SPL的理论和实验结果。 实验数据分别用红色实心正方形和三角形表示单层和四层CNT薄膜。 绿线和黑线是根据Arnold和Krendall理论（式1）和我们的理论（等式2）针对单层（上）和四层（中）CNT扬声器以及厚度为700 nm的Pt热电偶（下）计算的SPL。 输入功率为4.5瓦。 （B）分别根据Arnold和Crandall的理论（等式1，红线）和我们的理论（等式2，黑线）计算了SPL（在10 kHz，输入功率为1 W时，在10 kHz时）对HCPUAC的依赖性。 （C）纳米字母
该文章指出，用作膜的片材是透明且柔软的。 凯莉·姜（Kylie Jiang）提到，它可以变形而不会对音质造成重大损害。 还发现放置在圆柱形框架上的纳米管薄膜允许声音在所有方向上以相同的强度发出。 一个有趣的特征驳斥了Arnold和Krendel的一些结论，那就是当胶片被拉伸时（原始面积的200％），信号几乎保持不变。
中国研究人员的出版物被媒体引用了一段时间。 媒体甚至预言了传统扬声器系统即将消亡，但很快就忘记了创新。 没有已知的尝试创建串行驱动程序。
引入热电话的问题
尽管纳米管作为用于声发射体的膜的材料和热声效应具有明显的优势，但这种方法并非没有缺点。 主要问题是纳米管本身的成本。
中国制造的单壁纳米管目前的批发价为每克30美元至90美元。 根据使用这种材料的潜在声学产品制造商的声称，现有价格使其发行廉价的产品变得毫无意义。
相对高端的市场仍然更加困难，在高端市场上，价格可以通过产品的“享有声望的价格”来证明。 就声学特性而言，已经存在与纳米管纤维接近且相同的静电和正交动力辐射器。 同时，已经测试了允许产生这种声音的技术过程和设备，并计算出了合理的经济效率。 为了引入纳米管，有必要在设备，开发，计划上进行大量投资，而没有任何商业保证。
使用这种类型的发射器还存在一些技术上的细微差别。 首先，尽管Kylie Jiang提到了这种可能性，但仍没有有关降低发射器表面温度的公开研究。 另一方面，如果我们将薄膜温度与离子电话（已经大量生产）中的等离子体温度进行比较，那么即使是经验丰富的带有纳米管的驱动器原型也看起来更加安全。
科兹洛夫杂种
得克萨斯大学（University of Dallas）的一位俄罗斯裔美国研究人员米哈伊尔·科兹洛夫（Mikhail Kozlov）于2014年发表了一份有关原始混合发射器原型制作的报告。 他使用纳米管薄膜作为膜，开发了一种扬声器，该扬声器利用了热声效应和动态驱动器的传统原理。 据研究人员说，这种方法将解决上述一些问题。
用于热磁声换能器的碳纳米管多层片的图像。 （图片：德克萨斯大学达拉斯分校的Mikhail Kozlov）。
据这位科学家称，他设法将热声和动态驱动器的优点结合在一起。 科兹洛夫（Kozlov）提出的想法是将一块碳纳米管放在导电棒之间，紧挨着永磁体。 通过电激励，材料的热响应与洛伦兹力的电磁作用引起的薄板振动相结合。 结果，该设计允许获得声波的混合热磁辐射，其具有相对较低的失真度和令人印象深刻的幅度特性，其超过了上述的中国热电话。
总结
我衷心希望热敏电话能在大众市场上出现并大量生产。 通过对Jiang和Kozlov的研究，很明显，如果想到这一点，技术将拥有光明的未来。 不可否认，上述实施问题是严重和复杂的。 同时，自从第一版关于发射器Kylie Jiang的工作原型的外观问世以来，已经过去了10年，在这段时间内可能可以解决。
我认为，还有其他一些客观性较差且不太明显的原因使该技术不急于推出。 这些原因包括一些市场参与者（有足够的能力生产经典扬声器）不愿在自己的细分市场中失利。 不幸的是，与普遍的看法相反，创新并非总是对企业有用，特别是如果对古老的技术投入了大量资金。
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介绍我们的目录 各种各样的高保真扬声器系统 。
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